永磁机构原理介绍

永磁机构原理与性能

随着电力系统的技术发展及智能化进程，用户对开关提出了更高的要求，作为开关心脏的真空灭弧室、作为开关动力来源脉的操作机构、作为智能化开关大脑的控制器的长足进步，必将使开关面临一场令人激动的革命，以智能化的永磁真空断路器为代表、将这三者有机的整合，使开关设备的性能达到了前所末有的高度

永磁机构结构图：

我们的单稳态永磁机构

主要由动铁心、

定铁心、

钕铁硼稀土永久磁铁、

工作线圈、

驱动轴五部分组成

配用单稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图

双稳永磁机构态结构示意图

主要由动铁心、

定铁心、

钕铁硼稀土永久磁铁、

合闸线圈、

分闸线圈、

驱动轴6部分组成

驱动轴

合闸线

永久磁铁动铁芯

定铁芯

分闸线

配用双稳态永磁机构断路器的总体配置方案示意图

单稳态永磁机构断路器的工作原理：合闸：

•磁场产生的驱动力F磁= B2S/2μ

•合闸阻力：分闸簧F分簧=F分簧，

在主回路闭合后+F超程簧(=k2X)

•合闸运动条件：F 磁>F 分簧

•运动方程 F 磁-F 分簧 -（F 超程簧） =ma •机构闭合后F 磁= B 2S/2μ >F 分簧 +F 超程簧

控制器控制外部电路向线圈提供驱动电流，线圈电流产生的磁场与永久磁铁产生的磁场方向一致，相互叠加，随着线圈驱动电流的不

断增大，磁场产生的驱动力F=0

221 S B 逐渐变大。 当驱动力大于断路器提供的分闸保持力时，动铁心按照牛顿定律: F=ma 向合闸方向运动，并且驱动力随着磁隙的减小而急剧增大，该特点与断路器的机械特性完全吻合，最终将动铁心推到合闸位置。

此时切断线圈电源。由于铁磁回路已经闭合，磁阻非常小，永磁驱动的磁场力已足以克服断路器的合闸保持力，无须线圈电流的磁场而完成合闸的锁扣过程。

永磁机构之前的操作机构依靠机械闭锁，半轴处的材料与扣接量对性能影响很大，目前尚无满意的解决方案。材质硬；耐磨、易碎，材质软；不易碎、不耐磨，两方面的缺陷部分，都会造成扣接失败，尤其在35KV 的断路器，因为驱动力大、速度高，及操作频繁的场合，机构的可靠性已经使得用户苦不堪言。由永磁机构原理图显而易见，永磁机构通过平面磁力吸合，从原理上彻底消除了该类问题，大幅度提高了机构的寿命。

分闸：

单稳态永磁机构

向线圈施加一个小电流，该电流产生的磁场与永磁体产生的磁场方向相反，削弱了铁磁回路的磁场，当磁力小于断路器的合闸保持力时，断路器合力推动机构动铁心向分闸方向运动，完成分闸过程。

双稳态永磁机构

向分闸线圈施加电流，该电流产生的磁场与永磁体产生的磁场方向相同，当磁力大于断路器的合闸保持力时，断路器合力推动机构动铁心向分闸方向运动，完成分闸过程。

与双稳态永磁机构断路器的比较

共同点

需要相同截面积、相同大小的磁场，以产生相同合闸保持力

单独一个磁回路需要占用一个固定的空间，单独两个磁回路需要占用两个固定的空间

相同驱动功率的线圈占有相同的体积与窗口面积

任何一个磁回路可以是矩形，也可以是圆柱形等

优缺点比较

单稳态优点；

减少一个磁回路及驱动线圈，即体积可以小近50%，即体积为双稳态机构的一半

分闸靠分闸簧力，与原弹簧、电磁机构相同，且不会停在中间状态，

分闸所需能量很少，可以轻松完成重合闸或合分，这点很重要，因为断路器就是要在合一个故障线路时立即切除

可以手动分闸，且性能不降低

单稳态缺点

分闸通电时，线圈磁场方向与永磁体方向相反，这一反向磁场达到一定程度会产生质变------反向退磁

双稳态优点

分闸、合闸是从两个线圈分别驱动，所以线圈磁场始终与永磁体产生的磁场方向一致，没有退磁的隐患

因为上述优点，可以不用控制器，而用直流接触器直接控制线圈的通断

双稳态缺点

机构体积大近一倍，铁、铜、重量大一倍，特别是运动部件质量也变大了

分闸因为速度要求高，线圈功率比合闸大一倍，完成重合闸或合分，对储能电容要求太高，后边的两个动作会在电压较低的条件下操作，速度达不到要求，特别是最后的一个动作—‘分’

当能量不足时有可能机构停留在既不是合闸也不是分闸的一个中间位置，这个缺陷对断路器也是致命的，

手动分闸难或复杂

两种机构缺陷的弥补

单稳态机构：为了克服反向退磁缺陷，需要配一个能够控制磁场范围的控制器，

双稳态机构：为了克服停留在中间位置的缺陷，需要配一个辅助分闸簧

永磁机构的优越性能

长寿命

——为您在频繁操作场合节省了4倍以上的投资费用，涉及到维修与调试，节省的费用更大

永磁机构10万次以上的寿命已为大多数人所信服。而通常的10万次的机构寿命，并不能代表10万次的断路器寿命。将包括灭弧室在内的断路器寿命提高到相匹配的10万次寿命，所花费的代价，所采用的技术复杂度，所要克服的难题，远非单纯的将机构寿命提高到10万次可比，它必须从控制原理出发，借助强大的智能控制器功能，使机械特性全程受控，使它既要符合断路器所要求的真空灭弧，绝缘恢复的原理，又要符合瞬态机械过程的受力原理，包括紧固件的松动等。对每一台断路器的位移曲线、受力曲线、电流波形等参数由微机进行采集，进行人工智能分析处理，将结果通过通讯接口传到永磁机构智能控制器进行修正，获得最佳机械特性，对每个细节都做专业的处理，可以实现从机构寿命10万次向断路器寿命10万次的历史性的跨越。

免维修、少维护

——为您免除了麻烦及服务

高可靠

——为您节约了宝贵的有效工作时间

有时人们为了克服弹簧机构半轴的上述问题，常常调整较大的扣接量，以对付磨损，但脱扣需要更大的驱动力，常有脱扣电磁铁动作后没有驱动半轴，造成辅助开关没有转换，无法切断脱扣线圈的供电回路，而烧毁线圈的事故。永磁机构通过位置开关信号与程序保护结合，可以确保线圈永不烧毁。

弹簧机构为了满足断路器的基本要求，设计了近200个零件，且对很多零件精度要求都较高，常因一个小零件而使整个机构功能失效，可靠性难以进一步提高。永磁机构结构简洁明了，约由10个左右零件构成，所以可靠性很高。

出力特性：

真空断路器在合闸位置，按照所承受的短路电流大小，通常要求机构为每极触头提供3000~5000 N的压力以克服短路电流的电动排斥力，同时为分闸簧提供1000多N的分闸力。弹簧储能原理决定了：初始出力大，随着弹簧能量的释放，出力逐渐减少，生产中常在没有核对弹簧寿命的情况下，通过增大弹簧拉伸量的方法提高出力。而对于永磁机构的断路器来说，随着运动过程磁间隙的不断减小，出力逐渐增大，与真空断路器所需的理想特性基本吻合。